摘要：矿井采掘工作揭露陷落柱等地质构造时，往往会带来较多潜在隐患，可能导通含水层、造成瓦斯超限和形成支护难题等。针对6102工作面揭露大型陷落柱影响区的技术难题，矿方根据陷落柱产状及潜在的隐患情况，结合矿井较成熟的沿空留巷理论及经验，成功实施了基于沿空留巷技术的过陷落柱工程实践，在损失一定保护煤柱的代价下，确保了工作面安全快速跳过陷落柱影响区域，沿空留巷技术优势得到验证。
关键词：工作面过陷落柱；沿空留巷；充填墙体；采场围岩支护
0引言
陷落柱是煤矿开采过程中最常见的地质构造之一，陷落柱总体上形态是一个上小下大的圆锥体，直径大小不一，最大直径可达几百米，最小直径仅几米。陷落柱主要由塌陷的岩石碎块组成，这些岩石碎块，形状不一、排列紊乱，岩块与岩块之间胶结差，且易导通含水层，瓦斯涌出量一般也比正常区高2～3倍。当发生采掘工作的煤层揭露陷落柱时，煤层的完整性被破坏，机械化采掘工作难以展开，顶板支护难度大，且容易造成矿井突水及瓦斯超限，危及矿井安全生产[1-4]。6102综采工作面在掘进期间揭露一个规模较大的陷落柱，预计对工作面回采工作影响较大，平推硬过难度大，矿方对多种技术方案进行综合权衡，采用沿空留巷方案绕过该陷落柱，确保了工作面安全、顺利绕过陷落柱影响区。
1工程概况及陷落柱影响情况分析
6102综采工作面主采6号煤层，煤层平均厚度为2.1 m，平均倾角为5°,采用综合机械化采煤工艺、全部垮落法管理顶板。工作面为双巷布置，运输顺槽进风，回风顺槽回风，工作面倾向长度为180 m，走向长度为1 150 m。工作面顶底板条件为：有平均厚度为2.2 m的直接顶，砂质泥岩岩性；平均厚度为4.1 m的老顶，细砂岩、中砂岩岩性；平均厚度为1.8 m的直接底及平均厚度为3.6 m的老底，泥岩、炭质泥岩岩性。工作面推进至距离开切眼约420 m时，将在回风顺槽处开始揭露一个陷落柱，陷落柱沿走向长约120 m，自回风顺槽侵入工作面最深处约45 m，陷落柱位置和产状如图1所示。在回风顺槽内打设钻孔对陷落柱进行探测，探测显示，陷落柱内充填物以砂岩、泥岩岩性为主，泥质胶结且富水，结构松散，孔隙率高。
对于常规的小型陷落柱构造，矿井大多采用平推硬过的方式，而对于本陷落柱，由于构造规模较大，处于富水区域，且导水、导气的概率高，揭露后采场围岩控制难度大，容易发生冒顶片帮等围岩事故，故平推硬过风险和难度过高，需要采取其他更为可靠的方案。根据矿井实践经验，确定使用沿空留巷过陷落柱的方案。
2沿空留巷过陷落柱方案设计
2.1沿空留巷总体方案设计
设计的沿空留巷方案，本质上属于一种跳采方法，即在工作面揭露陷落柱之前，陷落柱后方的工作面停采，工作面剩余部分继续向前推进。向前推进期间，沿着陷落柱边缘将进行沿空留巷，保留一段巷道，从而在通过陷落柱期间保障工作面的回风通道。其中，沿空留巷与陷落柱之间应留设保护煤柱，以确保过陷落柱期间的防水安全性及工作面围岩的稳定性，煤柱宽度按照20 m设计，加上陷落柱深入工作面的45 m，共需要缩短工作面65 m。沿空留巷至陷落柱影响区以外后，将与拟掘进巷道对接，重新完成新工作面的安装，然后正常向前推进。6102工作面沿空留巷方案示意图如图2所示。
沿空留巷将采用一侧煤柱、一侧施工充填墙体的方式留设，充填墙体使用本矿井较为熟悉的挂袋充填工艺，充填墙体厚度设计为1.2 m，既能对巷道实施有效保护，又能防止巷道漏风。当工作面即将揭露陷落柱时，启动沿空留巷程序，工作面缩短65 m，按照115 m的面长进行推进，需要切断工作面刮板输送机，65 m内的液压支架停止向前推进，待工作面推过陷落柱影响区域后，与拟掘进巷道进行对接。然后，将后部留置的液压支架、输送机槽等设备回撤到拟掘进巷道内，重新完成工作面的安装，然后向前推进。
2.2沿空留巷支护方案设计
沿空留巷整体方案设确定以后，最关键的工作是进行留巷支护方案的设计，具体支护方案为：巷道顶部采用锚杆索联合支护，锚杆使用Φ20 mm×2 200 mm螺纹钢锚杆，每排6根，间排距为800 mm×800 mm，锚索使用Φ17.8 mm×5 300 mm预应力钢绞线锚索，每排2根，间排距为2 500 mm×1 600 mm；巷道煤柱帮采用Φ20 mm×2 400 mm螺纹钢锚杆支护，每排3根，间排距为800 mm×800 mm；充填墙体帮采用Φ22 mm×1 350 mm锚栓支护，每排3根，间排距为800 mm×800 mm。同时，配合使用钢筋梯子梁及金属网进行巷道表明支护，具体支护方案如图3所示。
3工程实践及效果分析
按照设计的方案，实施了工作面沿空留巷，留巷总长度超过185 m。留巷期间，矿方对巷道实施了动态矿压观测，观测内容包括巷道表面位移量、锚杆锚索受力情况等，观测结果表明：沿空留巷后，巷道经历过一次表面位移值迅速增长期，在工作面推过约20 m后，逐渐趋于稳定，最大顶底板移近量控制在135 mm以内，最大两帮移近量控制在210 mm以内，未发生严重的片帮、离层及漏顶事故。同时，锚杆索的应力值在工作面推过10 m内迅速增长，然后趋于平稳，煤柱帮锚杆载荷控制在90 kN以内，顶板锚杆载荷控制在150 kN以内，顶板锚索载荷控制在200 kN以内，支护方案的整体性和稳定性得到验证，最终工作面顺利推过陷落柱影响区，沿空留巷取得成功。
4结语
采煤工作面过大型地质构造需要针对具体的地质生产条件，综合权衡后选择兼顾安全性、快速性和经济性的技术方案，一旦陷落柱等地质构造不易推过，沿空留巷绕过陷落柱不失为一种较好的方案，既能够避免整个工作面跳采造成资源浪费和生产停滞，又可以最大限度地规避陷落柱有可能带来的导通含水层、瓦斯超限等隐患。矿方结合自身采掘经验，在6102工作面成功实施了基于沿空留巷技术的过陷落柱工程实践，沿空留巷整体方案和巷道支护方案合理有效，在损失一定保护煤柱的代价下，确保了工作面安全快速跳过陷落柱影响区域，规避了可能发生的突水事故、瓦斯超限事故以及大范围冒顶片帮事故，沿空留巷技术优势得到验证，安全生产得到保障。
参考文献
[1]倪亚军，田俊宝.综放工作面沿空留巷技术与矿压显现规律研究[J].煤，2023，32（2）：37-41.
[2]邓国涛.马兰矿沿空留巷巷旁充填体加固技术研究[J].煤，2023，32（1）：74-76.
[3]袁显湖，王帅锋，李琛.沿空留巷综采工作面过古冲沟综合技术研究[J].煤炭工程，2022，54（S1）：72-76.
[4]王凯，杨宝贵，王鹏宇，等.软弱厚煤层沿空留巷变形破坏特征及控制研究[J].岩土力学，2022，43（7）：1913-1924.
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